DE3613816A1 - Korrosionsschutzvorrichtung fuer metallische speicherbehaelter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Korrosionsschutzvorrichtung für auf den Erdboden aufgesetzte metallische Speicherbehälter, insbesondere Flachbodentanks aus eisenhaltigem Werkstoff, bestehend aus im Erdboden nahe dem Speicherbehälter angeordne­ ten, mit dem Speicherbehälter elektrisch leitend verbundenen Anoden sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Korro­ sionsschutzvorrichtung.

Das Fundament für auf dem Erdboden stehende Tanks wird übli­ cherweise derart aufgebaut, daß als oberste Schicht ein Bitu­ men-Sandgemisch aufgebracht wird, welches für die Tankboden­ bleche als passiver äußerer Korrosionsschutz wirken soll. In vielen Fällen ist die dadurch erzielte Korrosionsschutzwirkung nicht ausreichend, so daß es nach mehrjährigem Betrieb zu Korrosionsschäden infolge äußerer Korrosionen gekommen ist. Da ein sogenannter kathodischer Außenkorrosionsschutz für Tanks und ähnliche Speicherbehälter, die auf dem Erdboden stehen, nicht vorgeschrieben ist, entschließt man sich häufig erst nach dem Auftreten von Schäden dazu, einen aktiven kathodi­ schen Korrosionsschutz vorzusehen. Dies ist mittels galvani­ scher Opfer-Anoden und mittels Fremdstrom möglich. In beiden Fällen fließt ein kathodischer Schutzstrom durch den Erdboden zwischen einer dort angeordneten Anode und dem Schutzobjekt, welchem durch den kathodischen Schutzstrom Elektronen zuge­ führt werden. Diese decken anstelle der sonst durch Metallauf­ lösung gelieferten Elektronen den Bedarf für die Reduktion des an die Metalloberfläche des Schutzobjektes gelangenden Sauer­ stoffs. Dadurch wird das Potential der zu schützenden Oberflä­ che soweit abgesenkt, daß die Lösung von positiven Eisen-Ionen aus dem Werkstoff nicht mehr möglich ist.

Bei der Verwendung galvanischer Anoden wird das Schutzobjekt, d.h. die Kathode, mit einem unedleren Metall, nämlich der Anode, elektrisch leitend verbunden. Als Metall für galvani­ sche Anoden wird vorwiegend Magnesium eingesetzt. Auch Zink kann als Anodenmaterial benutzt werden. Die Stromabgabe der Anoden hängt vorwiegend vom spezifischen Widerstand des umge­ benden Elektrolyten, ihrer geometrischen Form und ihrem Ruhe­ potential ab. Die Anoden werden dabei so dimensioniert, daß sie eine definierte Lebensdauer von z.B. 10 Jahren erreichen. Beim Erdeinbau von galvanischen Anoden werden diese, um ihren Ausbreitungswiderstand herabzusetzen und einen geringen, gleichmäßigen Abtrag zu gewährleisten, immer mit gut leitfähi­ ger Bettungsmasse umgeben.

Beim kathodischen Korrosionsschutz nach dem Fremdstromverfah­ ren wird der benötigte Schutzstrom von einem netzgespeisten Gleichrichter geliefert und über die Fremdstromanoden im Boden in das Schutzobjekt eingespeist. Im allgemeinen werden Gußei­ sen/Silizium-Anoden in den Erdboden eingebaut. Zur weiteren Verlängerung der Lebensdauer werden Fremdstromanoden meist in Koks eingebettet, wodurch ein Teil des elektrolytischen Abtra­ ges an den Anoden auf die Koksbettung verlagert wird.

Voraussetzung für den konventiollen kathodischen Korrosions­ schutz, wie er für Fernleitungen angewandt wird, ist die Ab­ trennung des Schutzobjektes von niederohmig geerdeten Anlage­ teilen durch den Einbau von Isolierstücken. In Industrieanla­ gen ist eine solche Trennung wegen der großen Anzahl von Rohr­ leitungen mit zum Teil großen Nennweiten technisch schwierig und daher sehr aufwendig und teuer. Außerdem können leicht Fremdberührungen oder Überbrückungen von Isolierstücken ent­ stehen, die die Wirkung eines konventionellen kathodischen Schutzes zunichte machen. Durch die Elementbildung Stahl im Beton/Stahl im Boden ist die Korrosionsgefahr für Rohrleitun­ gen, Speicherbehälter u.dgl. in Industrieanlagen im allgemei­ nen größer als die von Fernleitungen. Dieser Korrosionsgefahr begegnet man durch den lokalen kathodischen Korrosionsschutz, bei dem die Rohrleitungen nicht von weiterführenden oder ab­ zweigenden Leitungen abgetrennt werden. Bedingt durch die sehr niedrigen Erdungswiderstände der gesamten Anlage, nämlich des Schutzobjektes und aller anderen Installationen, werden für den lokalen kathodischen Schutz hohe Ströme benötigt.

Soweit eine Abtrennung von niederohmig geerdeten Anlageteilen insbesondere nachträglich zu aufwendig oder aus betrieblichen Gründen nicht möglich war, sah man bisher zwei Alternativen zum kathodischen Korrosionsschutz von auf dem Erdboden aufge­ setzten Speicherbehältern: entweder wurden ringförmig um den Speicherbehälter herum oberflächennahe Anoden angeordnet, oder es wurden teuere Tiefenanodenanlagen gebaut. In beiden Fällen führte die Geometrie der Anodenanordnung dazu, daß der über­ wiegende Teil des von den Anoden gelieferten Schutzstromes in benachbarte Installationen eintrat und nicht in den kathodisch zu schützenden Speicherbehälterboden. Ein weiterer Nachteil dieser beiden bekannten Schutzverfahren bestand darin, daß eine Kontrolle des erzielten Schutzpotentials an den besonders korrosionsgefährdeten Bereichen des Speicherbehälterbodens nicht möglich war.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei Meidung der vorbeschriebenen Nachteile, eine gattungsgemäße, insbesondere kathodische, Korrosionsschutzvorrichtung sowie ein Verfahren zu deren Herstellung zu schaffen, durch die der überwiegende Teil des von den Anoden abgegebenen Schutzstromes in den Speicherbehälterboden eingespeist wird. Bevorzugt soll auch eine Möglichkeit der Kontrolle des erzielten Schutzpoten­ tials, also zur Überwachung der Schutzwirkung geschaffen wer­ den. Diese Korrosionsschutzvorrichtung und ihr Herstellungs­ verfahren sollen vor allem für den nachträglichen möglichst wirtschaftlichen Einbau für bereits auf dem Erdboden instal­ lierte Speicherbehälter bei bestmöglicher Schutzwirkung geeig­ net sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird hinsichtlich einer Korrosions­ schutzvorrichtung erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Ano­ den unterhalb des Speicherbehälterbodens in gleichmäßiger Verteilung derart, vorzugweise sternförmig in radialer und im wesentlichen horizontaler Erstreckungsrichtung, angeordnet sind, daß der Schutzstrom weitgehend homogen mit Bevorzugung des Behälterbodenzentrums in den Behälterboden eintritt. Eine derartige Anordnung wird erfindungsgemäß dadurch hergestellt, daß die Anoden derart, vorzugsweise sternförmig, unter den bereits auf den Erdboden aufgesetzten Speicherbehälter durch Bohren von Löchern schräg nach unten und innen zu einer Stelle zentral unter dem Behälterboden und anschließenden Einbau in die Bohrlöcher in den Erdboden eingebracht und mit dem Spei­ cherbehälter elektrisch leitend verbunden werden.

Durch die Erfindung wird die nachträgliche Einrichtung eines kathodischen Korrosionsschutzes bei konzentriertem Schutz­ stromeintritt in die zu schützende Behälterbodenfläche sowie eine einfache Kontrolle auf Wirksamkeit ermöglicht und beschä­ digende Beeinflussungen, etwa durch Steuerströme, auf Nachbar­ anlagen in engen Grenzen gehalten. Insbesondere ermöglicht die Erfindung erstmals, das Behälterbodenzentrum bevorzugt mit Schutzstrom zu versorgen. Damit liegen die weniger mit Schutz­ strom versorgten Bereiche an der von außen zugänglichen Behäl­ terperipherie und lassen sich auf einfache Weise durch Messung des Schutzpotentials auf Wirksamkeit prüfen. Ein ausreichender Schutz an der Behälterperipherie bedeutet mit Sicherheit Schutz im Behälterbodenzentrum. Die Plazierung einer Bezugs­ elektrode unterhalb des Bodenzentrums als eine sehr teure Maßnahme kann somit entfallen. Eine derartige Korrosions­ schutzvorrichtung ist für die verschiedensten Bodenarten un­ terhalb des Behälterbodens geeignet und auch dann verwendbar, wenn die Umgebung des Speicherbehälters unter Explosions­ schutzbedingungen steht und/oder eine elektrische Isolierung von anderen Anlagenteilen nicht möglich ist.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden Fremdstromanoden sind, die gemeinsam mit dem positiven Pol einer Gleichstromquelle verbunden sind, und daß der negative Pol der Gleichstromquelle mit dem Speicherbehäl­ ter elektrisch verbunden ist. Auch wenn der Speicherbehälter von niederohmig geerdeten Anlageteilen nicht abgetrennt ist, wird mit vergleichsweise niedrigen Fremdströmen ein sehr ef­ fektiver und gezielter Korrosionsschutz des Speicherbehälter­ bodens erreicht.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung sind die Ano­ den in Mantelrohren angeordnet, die einerseits die Anoden selbst schützen und deren Lebensdauer erhöhen und andererseits eine besonders gezielte Anordnung der einzelnen Anoden und einfache elektrisch leitende Verbindungen zwischen den Anoden und dem zu schützenden Speicherbehälter ermöglichen.

Wenn, gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung, minde­ stens eine unterhalb des Niveaus des Speicherbehälters ange­ ordnete Bezugselektrode für die Messung des Schutzpotentials vorgesehen ist, kann die Korrosionsschutzvorrichtung jederzeit auf ihre Wirksamkeit hin kontrolliert werden. Bevorzugt ist eine solche Schutzelektrode an der Peripherie des Speicherbe­ hälters angeordnet, und zwar in den am schwächsten mit Schutz­ strom versorgten Bereichen, also im wesentlichen sektionsweise zwischen den radial angeordneten Anoden. Eine Überwachung dieser "Schwachstellen" mit Hilfe von Bezugselektroden, Poten­ tialmeßproben oder Meßcoupons gestattet die indirekte Aussage über den Schutzzustand des übrigen Behälterbodens.

Grundsätzlich können die erfindungsgemäße Anodenanordnung und ggf. Bezugselektroden im Erdboden in entsprechend sternförmig angeordneten Gräben eingebracht sein. Dies ist aber nur dann möglich, wenn der Speicherbehälter noch nicht auf dem Erdboden installiert ist. Vor allem für den Fall einer Nachrüstung einer erfindungsgemäßen Korrosionsschutzvorrichtung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, anstelle der vorerwähnten Grä­ ben unterhalb des Speicherbehälters radial angeordnete schräg nach unten geneigte Bohrlöcher im Erdboden vorzusehen und in diesen Bohrlöchern die Anoden und ggf. auch mindestens eine Bezugselektrode anzuordnen. Zu diesem Zweck werden, gemäß zwei alternativen Weiterbildungen der Erfindung, entweder Radial­ bohrungen mittels Erdbohrern in den Erdboden eingebracht, oder es werden - vorzugsweise - Bodendurchschlagraketen eingesetzt, mit denen die Bohrlöcher im Erdboden hergestellt werden.

Die vorgenannten, erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile bzw. Verfahrensschritte unterliegen in ihrer Größe, Formge­ staltung, Materialauswahl und technischen Konzeption bzw. ihren Verfahrensbedingungen keinen besonderen Ausnahmebedin­ gungen, so daß die in dem jeweiligen Anwendungsgebiet bekann­ ten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung, in der eine bevorzugte Ausführungs­ form einer erfindungsgemäßen Korrosionsschutzvorrichtung sche­ matisch dargestellt ist. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Tank mit Korrosionsschutzvorrichtung im Vertikalschnitt - Schnitt entlang der Linie I-I in Fig. 2;

Fig. 2 denselben Tank mit Korrosionsschutzvorrichtung in Draufsicht - Ansicht A gemäß Fig. 1;

Fig. 3 den Potentialverlauf unter dem Tankboden entlang der Linie I-I in Fig. 2; sowie

Fig. 4 eine Schemadarstellung der Arbeitsvorgänge beim Herstellen einer Korrosionsschutzvorrichtung gemäß Fig. 1 bis 3.

Gemäß Fig. 1 und 2 ist ein kreiszylindrischer Stahltank 1 (Speicherbehälter) mit seinem Speicherbehälterboden 2 unmit­ telbar auf dem Erdboden 3 stehend angeordnet. Unterhalb des Speicherbehälterbodens 2 sind sternförmig mit radialer Er­ streckungsrichtung mehrere - im Beispiel acht - Anoden 4 ange­ ordnet. In dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei­ spiel handelt es sich dabei um sogenannte Fremdstromanoden, die über eine Sammelleitung 5 mit dem positiven Pol einer Gleichstromquelle 6 elektrisch leitend verbunden sind. Die Gleichstromquelle 6 wiederum ist mit ihrem negativen Pol mit dem Speicherbehälter 1 über eine Leitung 7 elektrisch leitend verbunden.

Die Anoden 4 sind sternförmig unter dem Speicherbehälterboden 2 in Mantelrohren 8, 8′ verlegt, die in entsprechenden Bohrlö­ chern angeordnet sind. Das unter dem Speicherbehälterboden 2 durchgehend radial angeordnete Mantelrohr 8 kann gewünschten­ falls mitten unter dem Speicherbehälterboden 2 eine Bezugs­ elektrode für Kontrollmessungen des Schutzpotentials enthal­ ten. Bevorzugt ist aber zumindest eine Bezugselektrode 9 nahe der Behälterperipherie zwischen zwei Anoden 4 angeordnet. Von dort führt eine, in Fig. 2 strichliniert dargestellte, Meßlei­ tung 10 für Kontrollmessungen, zu einer Meßwarte, in der auch die Gleichstromquelle 6 untergebracht ist. Die Gleichstrom­ quelle kann natürlich auch getrennt von der Meßwarte angeord­ net sein. Außerdem kann für Vergleichsmessungen eine Bezugs­ elektrode 9′ ebenfalls nahe der Behälterperipherie, aber mög­ lichst nahe einer Anode 4 vorgesehen sein. Damit kann über eine weitere Meßleitung 10′ das im Bereich der Behälterperi­ pherie maximale Schutzpotential für Vergleichszwecke ermittelt werden.

Die exakte Positionierung der Anoden bzw. der Bezugselektro­ de/n unter dem Speicherbehälter erfolgt nach den Erfordernis­ sen des Einzelfalls, wobei auch mehr oder weniger als acht Anoden sternförmig angeordnet sein können und je Richtung auch mehrere Anoden hintereinander vorgesehen sein können.

Für den nachträglichen Einbau der Korrosionsschutzvorrichtung sind die Bohrungen für die Anoden in einem flachen Winkel, von vorzugsweise 20 bis 30° bezüglich des Behälterbodens in das Erdreich eingebracht. Wenn der Einbau jedoch vor dem Aufstel­ len des Speicherbehälters erfolgt, werden die Anoden bevorzugt horizontal angeordnet - wie in Fig. 1 gestrichelt darge­ stellt.

Die in der Zeichnung dargestellte Anordnung ist für Flachbo­ dentanks mit Durchmesser zwischen 30 und 40 m geeignet. Es können aber durchaus auch Tanks mit einem Durchmesser von 110 m erfindungsgemäß geschützt werden.

Als besonders wirkungsvoll haben sich solche Anodenanordnungen erwiesen, bei denen die Anodenmitten etwa ¹/₆ der Behälter­ breite vom Behälterrand entfernt angeordnet sind. Bei Rund­ tanks sind sie also auf einem Kreis angeordnet, dessen Durch­ messer ²/₃ des Tankdurchmessers D beträgt.

Der Anodeneinbau erfolgt unter Berücksichtigung möglichst aller vorkommenden Bodenarten (Sand, Kies, bindige Böden, etc.). D.h. daß die ordnungsgemäße Installation der Anoden und des Backfill-Materials einen weitgehend glatten, freien Boh­ rungsquerschnitt voraussetzt. Um dem gerecht zu werden, ist u.a. folgendes anhand der Fig. 4 erläutertes Verfahren sinn­ voll:

Mit einer Bodenrakete wird die Anodenbohrung auf einen Durch­ messer zwischen etwa 100 und 150 mm "vorgebohrt" (Schritt A). Die Bodenrakete wird anschließend zurückgefahren (Schritt B), wobei sicherlich in einigen Fällen, insbesondere bei wenig bindigen Böden, das Bohrloch verfallen kann. Der nächste Ar­ beitsgang (Schritt C) sehe dann das Eintreiben eines "Hüls- Rohres" als verlorene Hilfsverrohrung mit einer Länge der vorgesehenen Anodenlänge vor. Dieses Hüls-Rohr sollte am Kopf­ ende einen offenen Führungskonus 12 besitzen, der das lose Bohrgut verdrängt oder aufnimmt. Mit einem Bohrer 13 kann dann das aufgenommene Bohrgut anschließend entfernt werden (Schritt D).

Das Hüls-Rohr wird mit Hilfe eines verstärkten Montagerohres 14 verbunden über eine längere Steckmuffe mit Führungsfunktion in die gewünschte Position getrieben. Das Montagerohr endet offen an der Erdoberfläche. Durch diese nun innen glatte Rohr­ kombination werden die Anoden 4 mit Zentrierstücken 4′ und 4′′ eingebaut und das Backfill-Material bis zur Länge des Hüls- Rohres eingespielt (Schritt E). Schließlich wird das Montage­ rohr 14 über die Anodenanschlußkabel 5 zurückgezogen (Schritt F). Der Restraum des Bohrloches erhält anschließend eine Kies­ füllung zur Entgasung. Ggf. kann ein Entlüftungsrohr (flexi­ bles Kunststoffrohr) eingebaut werden, welches erforderlichen­ falls auch als Wässerungsleitung benutzt werden kann.

Claims (11)

1. Korrosionsschutzvorrichtung für auf den Erdboden (3) aufgesetzte Speicherbehälter (1) aus Metall, bei der mit dem Speicherbehälter (1) elektrisch leitend verbundene Anoden (4), im Erdboden (3) nahe dem Speicherbehälter (1) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden (4) unterhalb des Speicherbehälterbodens (2) in gleichmäßiger Verteilung derart angeordnet sind, daß der Schutzstrom weitgehend homogen mit Bevorzugung des Behälterbo­ denzentrums in den Behälterboden eintritt.

2. Korrosionsschutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden (4) sternförmig in radialer im wesentlichen horizontaler Erstreckungsrichtung angeordnet sind.

3. Korrosionsschutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Anoden (4) Fremdstromanoden sind, die gemeinsam mit dem positiven Pol einer Gleichstrom­ quelle (6) verbunden sind, und daß der negative Pol der Gleichstromquelle (6) mit dem Speicherbehälter (1) elektrisch verbunden ist.

4. Korrosionsschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden (4) in Mantel­ rohren (8, 8′) angeordnet sind.

5. Korrosionsschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch mindestens eine unterhalb des Niveaus des Speicherbehälterbodens (2) angeordnete Bezugselek­ trode (9) für die Messung des Schutzpotentials.

6. Korrosionsschutzvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Bezugselektroden (9) an der Peripherie des Speicherbehälters (1) in den am schwächsten mit Schutzstrom versorgten Bereichen angeordnet sind.

7. Korrosionsschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden (4) in unterhalb des Speicherbehälters (1) radial angeordneten schräg nach unten geneigten Bohrlöchern im Erdboden (3) angeordnet sind.

8. Verfahren zum Herstellen einer Korrosionsschutzvorrich­ tung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden unter den bereits auf dem Erdboden aufgesetzten Speicherbehälter durch Bohren von Löchern schräg nach unten und innen zu einer Stelle zentral unter dem Behälterboden und anschließenden Einbau in die Bohrlöcher in den Erdboden einge­ bracht und mit dem Speicherbehälter elektrisch leitend verbun­ den werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden in gleichmäßiger Verteilung eingebracht werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeich­ net, daß Bohrlöcher zur Aufnahme der Anoden als Radialbohrun­ gen mittels Erdbohrern in den Erdboden eingebracht werden.

11. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeich­ net, daß Bohrlöcher zur Aufnahme der Anoden mittels Boden­ durchschlagraketen in den Erdboden eingebracht werden.